La pollution plastique est omniprésente : dans les rivières et les océans, dans l’air et les montagnes, et même dans notre sang et nos organes vitaux. (Image : Engin Akyurt / pexels)
La pollution plastique est omniprésente : dans les rivières et les océans, dans l’air et les montagnes, et même dans notre sang et dans nos organes vitaux.
Mais une catégorie de fragments encore plus petite, les nanoplastiques, pourrait présenter un risque plus important pour notre santé et notre environnement. Avec un diamètre inférieur à un micromètre (un millionième de mètre), ces minuscules particules peuvent franchir d’importantes barrières biologiques et s’accumuler dans l’organisme. Du fait de leur taille infime, leur détection est extrêmement difficile et coûteuse. Par conséquent, déterminer l’ampleur de leur impact relève en grande partie de la conjecture.
Trouver un moyen économique, simple et fiable de détecter les nanoplastiques constitue la première étape pour appréhender leur impact potentiel. Dans notre nouvelle étude publiée dans Nature Photonics, mes collègues et moi-même décrivons une méthode simple et peu coûteuse permettant de détecter, de mesurer et de compter les nanoplastiques à l’aide d’un microscope standard et d’une caméra basique.
Les plastiques ne disparaissent pas. (Image : Silke / Pixabay)
Se décomposer en morceaux de plus en plus petits
Ce qui rend les plastiques utiles, c’est leur durabilité. Mais c’est aussi ce qui les rend problématiques.
Les plastiques ne disparaissent pas. Ils ne sont pas décomposés par l’écosystème comme d’autres matériaux. Au contraire, la lumière du soleil, la chaleur et les contraintes mécaniques les fragmentent lentement en fragments de plus en plus petits. Les plus gros morceaux deviennent des microplastiques, qui deviennent finalement des nanoplastiques lorsqu’ils atteignent une taille inférieure à un micromètre.
À une taille aussi petite, ils peuvent franchir d’importantes barrières biologiques telles que les barrières hémato-encéphalique et placentaire. Ils peuvent alors s’accumuler dans nos organes, notamment nos poumons, notre foie et nos reins. Ils peuvent également transporter d’autres contaminants dans notre organisme, tels que des polluants et des métaux lourds.
Les plastiques ne se décomposent pas dans l’écosystème de la même manière que les autres matériaux. (Image : Brian Yurasits / unsplash)
Malgré ces dangers, les données réelles sur les nanoplastiques sont pourtant rares
Aujourd’hui, la détection et la détermination de la taille des particules inférieures au micromètre reposent souvent sur des méthodes complexes de séparation et de filtration, suivies de procédés coûteux, comme la microscopie électronique. Ces méthodes sont performantes, mais aussi lentes, coûteuses et généralement réservées aux laboratoires de pointe.
D’autres techniques optiques de laboratoire, comme la diffusion dynamique de la lumière, fonctionnent bien sur des échantillons « propres ». En revanche, elles peinent à distinguer facilement le plastique des matières organiques dans des échantillons réels « désordonnés », comme l’eau des lacs.
Un tamis optique pour détecter le plastique
Pour répondre à ces problèmes, notre équipe internationale de l’Université de Melbourne et de l’Université de Stuttgart en Allemagne s’est donné pour mission de rendre la détection simple, abordable et portable.
Le résultat de notre travail collaboratif est un tamis optique : un réseau de minuscules cavités de différents diamètres gravées à la surface d’un matériau semi-conducteur appelé arséniure de gallium. Il s’agit en fait d’un ensemble de minuscules trous, invisibles à l’œil nu, dans une pièce plane d’un matériau approprié.
Les physiciens appellent ces cavités « Mie voids ». Selon leur taille, elles produisent une couleur distincte lorsqu’elles sont éclairées. Lorsqu’une goutte de liquide contenant des nanoplastiques coule à leur surface, les nanoparticules ont tendance à se déposer dans des cavités de taille similaire à la leur.
Ensuite, grâce à un rinçage chimique, les particules disparates sont éliminées tandis que celles qui correspondent restent fermement maintenues en place par les forces électromagnétiques.
L’image montre des microplastiques d’un diamètre de 0,5 μm (petites sphères vertes) pénétrant le cytoplasme des cellules hépatocytaires MH-22a. (Image : wikimedia / Karimov Denis, Valova Iana, CC BY 4.0)
Cette partie est simple. Mais le procédé ne serait ni moins cher ni plus portable s’il nécessitait encore un microscope électronique de grande taille et coûteux pour visualiser les particules piégées.
Mais voici la clé : lorsqu’une particule est capturée dans une cavité, elle en modifie la couleur. Ainsi, les cavités pleines sont facilement distinguables des cavités vides sous un microscope optique standard équipé d’une caméra couleur ordinaire, passant souvent du bleu au rouge.
En observant les changements de couleur, nous pouvons identifier les cavités contenant des particules. Comme seules des particules d’une certaine taille remplissent des cavités d’une certaine taille, nous pouvons également en déduire la taille.
Dans nos expériences, en utilisant uniquement notre tamis optique, un microscope optique standard et une simple caméra, nous avons pu détecter des sphères de plastique individuelles jusqu’à environ 200 nanomètres de diamètre - exactement dans la gamme de taille qui compte pour les nanoplastiques.
a) Terrainde football en gazon artificiel avec du caoutchouc de pneu de terrain (GTR) utilisé pour l’amortissement, b) Microplastiques du même terrain, emportés par la pluie, retrouvés dans la nature à proximité d’un ruisseau. (Image : wikimedia / Soleincitta, CC BY-SA 4.0)
La mise à l’épreuve
Pour valider le concept, nous avons d’abord utilisé des billes de polystyrène dans une solution propre. Nous avons observé des changements de couleur nets pour les particules de diamètre compris entre 200 nanomètres et un micromètre.
Nous avons ensuite testé un échantillon plus « réel », en combinant de l’eau du lac non filtrée (y compris du matériel biologique) avec du sable propre et des billes de plastique de tailles connues : 350 nanomètres, 550 nanomètres et un micromètre.
Après avoir déposé ce mélange sur le tamis optique puis l’avoir rincé, nous avons pu voir des bandes distinctes de cavités remplies avec des diamètres correspondant aux billes que nous avions ajoutées.
Cela a confirmé que le tamis optique avait détecté avec succès les particules nanoplastiques dans l’échantillon d’eau du lac et déterminé leur taille. Il est important de noter que cela ne nécessitait pas de séparer au préalable les plastiques de la matière biologique.
Quelle sera la prochaine étape ?
Notre nouvelle méthode est une première étape dans le développement d’une méthode bon marché, simple et portable pour la surveillance de routine des cours d’eau, des plages et des eaux usées, et pour le dépistage d’échantillons biologiques lorsque le pré-nettoyage est difficile.
À partir de là, nous explorons les voies vers un dispositif de test portable et disponible dans le commerce qui peut être adapté à une gamme d’échantillons du monde réel, en particulier ceux comme le sang et les tissus qui seront essentiels pour surveiller l’impact des nanoplastiques sur notre santé.
Rédacteur Fetty Adler Collaborateur Jo Ann
Auteur :Shaban Sulejman , candidat au doctorat, Faculté des sciences, Université de Melbourne. Cet article est republié du site The Conversation, sous licence Creative Commons.
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